大学物理,物质世界的结构层次 2汇总
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粒子物理
超弦理论是人们抛弃了基本粒子是点粒子的假设而代之以 基本粒子是一维弦的假设而建立起来的自洽的理论,自然 界中的各种不同粒子都是一维弦的不同振动模式.与以往 量子场论和规范理论不同的是,超弦理论要求引力存在,也 要求规范原理和超对称.毫无疑问,将引力和其他由规范场 引起的相互作用力自然地统一起来是超弦理论最吸引人的 特点之一.因此,从1984年底开始,当人们认识到超弦理论 可以给出一个包容标准模型的统一理论之后,一大批才华 横溢的年轻人自然地投身到超弦理论的研究中去了. 经过人们的研究发现,在十维空间中,实际上有5种自洽的 超弦理论,它们分别是两个IIA和IIB,一个规范为 Apin(32)/Z2的杂化弦理论,一个规范群为E8×E8的杂化弦 理论和一个规范为SO(32)的I型弦理论.对一个统一理论来 说,5种可能性还是稍嫌多了一些.因此,过去一直有一些从 更一般的理论导出这些超弦理论的尝试,但直到1995年人 们才得到一个比较完美的关于这5种超弦理论统一的图像.
中微子的自旋方向 与运动方向相反； 反中微子的自旋方 向与运动方向一致。
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3.夸克 （1）夸克有六种 “味”：上夸克，下夸克；桀夸克，奇异夸克；顶夸 克，底夸克。每种又分“红”、“蓝”、“绿”三种色，连同其反粒子 共36种。 （2）强子：包括重子（质子，中子，超子）和介子，均由夸克组成。 例如：质子由2u+d组成，中子由u+2d组成… （3）夸克具有分数电荷 （4）迄今未发现自由夸克。人们认为是因为夸克间的强相互作用具有 “渐进自由”和“红外奴役”的特性：夸克间的关系类似于用链条连起 来的囚犯，当他们靠近时链条松弛，各自可认为是独立自由的；当距离 增大到一定限度时链条拉紧。而目前的条件无力破坏“链条”，所以看 不见自由的夸克。
物质世界的层次、形态与基本相互作用
物理学对物质世界的基本认识
人类对物质世界的认识经历了一个从蒙昧、理性 到科学的漫长的历史过程。宇宙之大，微观粒子之小。 天地万物、自然之复杂，物质世界的奥妙是无穷的， 人类对物质世界的探索也是无穷的。本讲座将介绍物
理学对宇宙世界的基本认识。
提纲： 物质世界的层次、形态与基本相互作用 物理学与宇宙观 物质世界的对称性与统一性 物质世界的非线性效应
（约1—100nm）和团簇（含几十到几百个或上千个
原子、分子、离子的聚集体，典型尺寸小于1nm，大 的尺寸也可达几十纳米）。
在这些介观体系中，出现了许多既不同于宏观物体
也不同于微观体系的奇特的现象，如量子尺寸效应、 小尺寸效应、表面效应等性质。 宇观世界——万有引力起主要作用的世界。按尺 度规模，天体可分为四个层次：行星层次、恒星层次、 星系层次和宇宙整体。 从宏观角度看，物质内部结构连续、而宇宙不连续。的关系及物理学认识的真理性
第1讲 物质世界的层次、形态与基本相互作用 1.1 物质世界的层次
在人类已研究的 物质客体中，空间尺
度跨越了42个数量级
（如图1-1），可分为
宇观、宏观、介观、
微观诸层次。
图1-1
微观系统—分子、原子尺度以下的物质客体。 宏观系统—人体尺寸上下几个数量级范围内的物质
客体。
介观系统—介于宏观与微观之间的物质层次。 宇观系统—大于宏观层次的物质客体。 物质 分子 原子 原子核和绕核运转的电子。
原子核
核子（质子和中子）
夸克。
还有传递各种作用力的基本粒子：光子、w粒子、
Z0粒子、胶子和引力子。 各种各样的宏观物质最后归结于若干个基本粒子所 组成。 特别说明： 介观系统——物理学的一个新的研究领域。介观 体系分为亚微米体系（尺寸0.1—1μm）、纳米体系
人类对物质世界的认识经历了一个从蒙昧、理性 到科学的漫长的历史过程。宇宙之大，微观粒子之小。 天地万物、自然之复杂，物质世界的奥妙是无穷的， 人类对物质世界的探索也是无穷的。本讲座将介绍物
理学对宇宙世界的基本认识。
提纲： 物质世界的层次、形态与基本相互作用 物理学与宇宙观 物质世界的对称性与统一性 物质世界的非线性效应
（约1—100nm）和团簇（含几十到几百个或上千个
原子、分子、离子的聚集体，典型尺寸小于1nm，大 的尺寸也可达几十纳米）。
在这些介观体系中，出现了许多既不同于宏观物体
也不同于微观体系的奇特的现象，如量子尺寸效应、 小尺寸效应、表面效应等性质。 宇观世界——万有引力起主要作用的世界。按尺 度规模，天体可分为四个层次：行星层次、恒星层次、 星系层次和宇宙整体。 从宏观角度看，物质内部结构连续、而宇宙不连续。的关系及物理学认识的真理性
第1讲 物质世界的层次、形态与基本相互作用 1.1 物质世界的层次
在人类已研究的 物质客体中，空间尺
度跨越了42个数量级
（如图1-1），可分为
宇观、宏观、介观、
微观诸层次。
图1-1
微观系统—分子、原子尺度以下的物质客体。 宏观系统—人体尺寸上下几个数量级范围内的物质
客体。
介观系统—介于宏观与微观之间的物质层次。 宇观系统—大于宏观层次的物质客体。 物质 分子 原子 原子核和绕核运转的电子。
原子核
核子（质子和中子）
夸克。
还有传递各种作用力的基本粒子：光子、w粒子、
Z0粒子、胶子和引力子。 各种各样的宏观物质最后归结于若干个基本粒子所 组成。 特别说明： 介观系统——物理学的一个新的研究领域。介观 体系分为亚微米体系（尺寸0.1—1μm）、纳米体系
物理学对物质世界的基本认识
球形星系
漩涡星系
棒旋星系
在108光年的宇观尺度下，宇宙物质的分布是均匀和 各向同性的。宇宙很简单，是以星系为“分子”组成的 “均匀气体”。好比一箱密度均匀的气体，尽管原子的 质量集中在很小的原子核上，但从宏观上看，气体的分 布是均匀的。按宇宙学原理，所有星系都是平权的，宇 宙没有中心。 银河系是一个包含1011个恒星的庞大的“旋涡星 系”，恒星分布象一个扁平的铁饼，直径约７万光年， 中间凸起部分直径约１万光年，外部由几条旋臂构成， 我们的太阳位于离银心约２.５万光年的一条旋臂上。 太阳系以太阳为中心，周围有九大行星绕其转动，从 里到外依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天 王星、海王星、冥王星。行星周围还有卫星绕其转动。行 星运行轨道为椭圆，绕太阳公转，大体上在一个平面上且 公转方向一致。除金星外，都以同一方向自转。
天文学观测表明，宇宙中的物质分布有强烈的结团性， 从而形成了行星、恒星、星系、星系团。在太阳周围约十 万光年的范围内聚集大约1011颗恒星，即银河系。在银河 系外，还有大量光点，它们并非恒星，而是类似银河系的 恒星集团（星系）。星系的形状各不相同，有球型的，椭 球型的，旋涡型的，棒旋型的，还有许多稀奇古怪的不规 则型。
图8-1-1
微观系统—分子、原子尺度以下的物质客体。宏观系 统—人体尺寸上下几个数量级范围内的物质客体。介观系 统—介于宏观与微观之间的物质层次。宇观系统—大于宏观 层次的物质客体。从宏观角度看，物质内部结构连续、而宇 宙不连续。从宇观角度看，整个宇宙的物质密度均匀。从微 观角度看，物质内部结构则不连续。 微观客体是构成宏观物质的基本单元如原子、原子 核和基本粒子。物质由分子组成，分子由原子组成，原子又 由原子核和绕核运转的电子组成。原子核由核子（质子和中 子）构成，核子的组成单元是夸克。还有传递各种作用力的 基本粒子如光子、w粒子、Z0粒子、胶子和引力子。各种各样 的宏观物质最后归结于若干个基本粒子所组成。
物质的微观层次结构及其规律 科学技术 物理化学剖析
质子 重子：
基
1.强子：
中子
本
介子
粒
子
电子 电子中微子
的 2.轻子： μ子、μ子中微子
分
τ子、τ子中微子
类
胶子 （传递强力）
3.传播子： 光子 （传递电磁力） 中间玻色子 （传递弱力）
到70年代中期，由于实验和理论研究工作取得了一系列重 大的进展，使我们对强子内部结构规律的认识逐渐明朗和深入。 概括起来，可以归纳为以下几点:
空间镜像对称——宇称守恒 时间平移对称——能量守恒
等物质存在形式的各向 同性性及均匀性，对称 性只是其中的一部分。
电磁规范对称——电荷守恒
(Preon)
原子 原子核 基本粒子 夸克、轻子 前子
?
原子物理 固体物理 激光 电视机 收音机 发电
原子核物理 核电站 原子弹 氢弹 核医学 核潜艇
高能物互作用、自旋量子数都是半 整数的粒子。 3种带电轻子：电子e、子和子；3 种中性轻子：电子中微子e 、子中微子 和子中 微子 ，静质量可能都是零。以上6种轻子连同它 们的反粒子，共计12种轻子。
3. 传播子：传递相互作用的媒介粒子。
电磁力传播子是光子 ；弱力传播子是中间玻色 子W、W和Z0；强力传播子是胶子，粒子参与强相互 作用时胶子确实存在并起作用。迄今还没发现自由 状态下的胶子和引力子。
4.基本粒子的分类
1. 强子：直接参与强相互作用的粒子称为强子。分 介子和重子两类。介子是自旋量子数为零或正整数的 强子；重子是自旋量子数为零或半整数的强子。
强子中只有质子和反质子是稳定粒子，其余在自 由状态下都要衰变。少数通过电磁相互作用衰变， 有些通过弱相互作用衰变，绝大多数通过强相互作 用衰变的。中子在自由状态是不稳定的，但是在原 子核内它却能稳定地存在着。
演生原理与物质世界的层次结构：一种新的自然观
演生原理与物质世界的层次结构：一种新的自然观编者按了解我们世界本质的一个自然而然的方法，是找到组成所有物质的基本构件。
了解了这些基本构件的性质，就了解了它们所组成物质的性质。
几百年来，科学的很大一部分，就是在寻找这些基本构件，也就是所谓的基本粒子。
但上面这一了解世界的还原论的思路，有一个隐含的假设，那就是空间是绝对的。
物质都是放在空间里的一些东西，它们总是可分的。
但引力波的发现说明空间并不绝对。
它就像一块材料一样，也能敲响(虽然这需要用黑洞去敲)，也能形变和扭曲。
如果空间真是一块材料，空间里的物质又是什么，基本粒子又是什么。
所以这种对空间的新看法，会对我们了解世界的思路有深刻的影响，导出一个完全不同的思路——演生的思路。
这篇文章深入浅出地介绍了这两种思路，反映了近代科学探索宇宙的完全不同的想法和路线。
——文小刚张龙(清华大学高等研究院博士, 现为北京大学量子材料科学中心博士后)对物质世界基本组成与基本规律的追求贯穿现代自然科学史，逐步确立了还原论的思想方法。
但是，仅从这些基本规律出发即可演绎出整个宇宙的信条受到了凝聚态物理学中逐渐揭示的演生论的质疑与挑战。
演生论认为，物质世界依复杂性划分为不同的层次。
每一层次在低能标下由于有序态的形成使高能自由度冻结，其性质可由少量自由度的低能激发及其有效理论完全刻画。
因此，每一层次可以演生出全新的“基本” 规律，形成物质世界的层次结构。
本文介绍“演生论” 的基本观点，并提出所谓“终极理论” 的问题。
人类一直尝试以不同方式认识和理解我们所面对的物质世界。
从这些尝试中生长出哲学与自然科学两种思维方式。
前者侧重思辨的、定性的讨论；而后者则更加注重实证的、定量的分析。
近代以来，自然科学研究中的问题与结论往往经过哲学的反思，最终深刻影响了大众的思维方式。
现代物理学的研究主流可以概括为探索物质的基本组成与运动的基本规律。
综合大量的研究成果，人们逐渐确立了对物质世界“还原论” 的认识，并进而上升到对整个物质世界“构造式” 的理解，即相信从最终可以认识的物质“原子” 的运动规律出发，通过逻辑与数学的演绎即可理解整个物质世界的运动。
物理空间的结构
2 物理空间的结构3．1 物质形态的五个层次物理空间中的物质形态是分层次结构的，大体可分为五个层次：亚微观、微观、宏观、宇观和超宇观。
亚微观层次是由构成基本粒子的亚微观粒子和新以太物质所构成；微观层次是由基本粒子、原子核、原子、分子等以及它们的内部和外部存在的新以太物质所构成；宏观层次是由地面物体，分子体系、太阳系的天体等所构成；宇观层次是由银河系、星系团、超星系团、总星系等我们现在所能观察到的大约130多亿光年以内的天体所构成；超宇观层次是比宇观层次更大的层次，它包括超级银河系（见下文）在内的巨大系统。
每一种物质形态层次都有各自的运动规律，且相互联系，下一个层次的基本单元（比如原子，分子等）对上一个层次的基本单元（如地面物体等）来讲表现为连续性，且有各种不同的组合形式，还决定着上一层次基本单元的各种各样的基本性质。
这些基本性质主要有：不均匀性（如有核心结构），涡旋相似性（如周期旋转特性），相互作用的同一性（已知的四种相互作用：引力，弱力，电磁力，强力都是通过新以太介质来实现）。
现代科学对中间三个层次研究得比较多，也得到这三个层次物质运动的一些规律并应用于人类社会的生产实践。
但仍然有很多问题，没有得到根本的解决，究其原因，与我们对亚微观层次和超宇观层次的了解、研究不够有关。
本文的目的就是想从这两个层次入手，试图根据现有的事实和有关资料为解决这些问题找到线索，作一次初步的探索。
2．2 超宇观层次的基本结构——超级银河系假设每一种物质结构形态的基本性质中都有涡旋相似性，超宇观层次也不例外。
涡旋或者漩涡是常见的一种自然现象，洗手槽、浴缸里形成的小漩涡；汛期江河面上出现的中等大小的漩涡；再大的漩涡要数台风了；再更大的漩涡当然就是银河系涡漩了，还有没有更大更大的涡漩呢？有！这就是这里提出来的超级银河系假设。
所有由物质形成的漩涡都有如下的相似之处：1）都有一个中心；2）都有旋涡所特有的相似的外形（如旋臂之类）；3）都有一定层次的参与旋转的基本单元物质，比如水漩涡的基本单元是水分子，台风参与旋转的基本单元是小水滴，银河系中参与旋转的基本单元是恒星系（如太阳系）；4）所有基本单元的旋转方向都一致；5）基本单元都有向心的倾向；6）旋涡的大小和参与旋转的基本单元的大小之比值，约在之间，相差不大。
物质世界的结构层次及衍化-从基本粒子到星辰宇宙2018
暗物质 26.8%
暗能量 68.3%
是一种因 存在现有理论无法 解释的现象而假想 出的物质，比电子和 光子 还要小的物 质，不带电荷，不与电子发 生干扰，能够穿越电磁 波 和引力场，是宇宙的重 要组成部分。它和 暗能量都不会吸收 、反 射或者辐射光，所以人类无法直接使用现有的技术进行观测。 科学家们 根据对许多大型 天体之间，如星系之 间的引力效果的观 测 发现 ，常规物质不 可能引起如此大的 引力，仅计算可见 星系引力的 大小不能 维持星系以如此高 速运转的稳定存在 ，因此暗物 质的存在 理论被广泛认同。 是一种充溢 空间的，被认为是导 致宇宙加速膨胀的 神秘力量，可以 说是驱动宇宙运动的一种能量？？源于宇宙加速膨胀而提出的。 新的一项研究发现，一部分暗物质正在消失，而导致他们消失的原 因则是暗能量。 暗能量很有可能在消耗着暗物质
用）的星群 。
由十几颗到 几十万颗恒星组成 的，结构松散 ，形状不规则 的星团称
为疏散星团。如离我们最近（417 光年）的昴宿星团，总共含有超
过 3000 颗的恒星，它的横宽大约 13 光年；
上万颗到几 十万颗恒星组成 ，整体像圆形 ，中心密集的 星团称为球
状星团。
星系 星座
是一个包 含恒星、气体的星 际物质、宇宙尘 和
原始恒星 质量
0.08-0.5 倍 太阳质量
0.08-5 倍太 阳质量
核聚变结 束核心质
量
小于 1.44 倍太阳质
星云：是尘埃、氢气、氦气、和其他电离气体聚集的星际云。泛指 扩散型天体，同时也是孕育恒星的摇篮，乃至演化成星系，早期的 天文观测星系和星云是混淆的，如离银河最近的仙女座星系以前被 称为仙女座星云。如1995年4月1日拍摄的，被Space网评定为哈勃 太空望远镜拍摄的最佳前十名的照片之一 的创生之柱。
暗能量 68.3%
是一种因 存在现有理论无法 解释的现象而假想 出的物质，比电子和 光子 还要小的物 质，不带电荷，不与电子发 生干扰，能够穿越电磁 波 和引力场，是宇宙的重 要组成部分。它和 暗能量都不会吸收 、反 射或者辐射光，所以人类无法直接使用现有的技术进行观测。 科学家们 根据对许多大型 天体之间，如星系之 间的引力效果的观 测 发现 ，常规物质不 可能引起如此大的 引力，仅计算可见 星系引力的 大小不能 维持星系以如此高 速运转的稳定存在 ，因此暗物 质的存在 理论被广泛认同。 是一种充溢 空间的，被认为是导 致宇宙加速膨胀的 神秘力量，可以 说是驱动宇宙运动的一种能量？？源于宇宙加速膨胀而提出的。 新的一项研究发现，一部分暗物质正在消失，而导致他们消失的原 因则是暗能量。 暗能量很有可能在消耗着暗物质
用）的星群 。
由十几颗到 几十万颗恒星组成 的，结构松散 ，形状不规则 的星团称
为疏散星团。如离我们最近（417 光年）的昴宿星团，总共含有超
过 3000 颗的恒星，它的横宽大约 13 光年；
上万颗到几 十万颗恒星组成 ，整体像圆形 ，中心密集的 星团称为球
状星团。
星系 星座
是一个包 含恒星、气体的星 际物质、宇宙尘 和
原始恒星 质量
0.08-0.5 倍 太阳质量
0.08-5 倍太 阳质量
核聚变结 束核心质
量
小于 1.44 倍太阳质
星云：是尘埃、氢气、氦气、和其他电离气体聚集的星际云。泛指 扩散型天体，同时也是孕育恒星的摇篮，乃至演化成星系，早期的 天文观测星系和星云是混淆的，如离银河最近的仙女座星系以前被 称为仙女座星云。如1995年4月1日拍摄的，被Space网评定为哈勃 太空望远镜拍摄的最佳前十名的照片之一 的创生之柱。
大学物理(中国农业出版社 张社奇主编)
其中 x(t ) (1m s -1 )t 2m,
y (t ) ( m s )t 2m.
1 4 2
-2
求（1） t 3 s 时的速度.（2） 作出质点的运动轨迹图. 解 （1）由题意可得速度分量分别为
dx dy 1 -1 -2 vx 1m s , v y ( m s )t dt dt 2
1.3.1
质点 有质量而无形状和大小。
质点: 可忽略形状和大小的物体 选用质点模型的条件：
物体自身线度与所研究的物体运动的空间范围相比可以忽 略；或者物体只做平动 1.3.2 质点系
: 若干质点的集合。 1.3.3 刚体
在力作用下，大小和形状都保持不变的物体称为刚体。 在力作用下，组成刚体的所有质点间的距离始终保持不变。
1.4.2
(1)位置矢量 r
描述质点运动的量 由坐标原点引向考察点的矢量，简称位矢。
其在直角坐标系中为 位矢的大小为
r xi yj zk
z
k
2 2 2 r r x y z
z cos γ r
x
位矢的方向余弦是
r
γ β
P(x,y,z)
y cos β r 质点运动时，有
讨论：
v (t t )
加速度的方向总是指向轨迹曲线凹的一面。
在三维直角坐标系中
dv y dv z d 2 x d 2 y d 2 z dv dv x a i j k 2i 2 j 2k dt dt dt dt dt dt dt a ax i a y j az k
1983年第十七届国际计量大 会通过，“米”是光在真空 中（1/299 792 458）s的时间 间隔内运行路程的长度
物质系统的层级结构
原子由原子核和核外电子组成， 原子核由质子和中子组成，电子 围绕原子核运动。
电子排布
02
03
元素周期表
电子按照能量高低分层排布在原 子核外的不同能级上，形成电子 壳层。
根据原子核外电子排布规律，可 将元素进行周期分类，形成元素 周期表。
分子结构
分子组成
分子由两个或多个原子通过化学键连接而成，形 成不同的分子结构。
提供理论基础。
05
CATALOGUE
物质系统的宇观层次
天体物理学简介
学科定义
天体物理学是一门研究宇宙中天体的物理性 质、结构、演化和终极命运的科学。
研究对象
包括恒星、行星、星系、星云、星际物质等 。
研究方法
观测和实验，以及理论模型和数值模拟。
宇宙中的物质系统
恒星
由气体和尘埃通过引力凝聚形成，通过核聚变产生光和热。
03
CATALOGUE
物质系统的介观层次
晶体结构与晶体缺陷
晶体结构
晶体由原子、分子或离子按照一定的规律在三维空间周期性重复排列形成，具 有长程有序的特点。常见的晶体结构有金刚石型、氯化钠型、闪锌矿型等。
晶体缺陷
晶体在形成或生长过程中，由于受到温度、压力、杂质等因素的影响，导致原 子或分子的排列出现局部不规则，这些不规则排列的区域称为晶体缺陷。常见 的晶体缺陷有位错、层错、晶界等。
物质系统的层级结 构
目 录
• 物质系统的基本概念 • 物质系统的微观层次 • 物质系统的介观层次 • 物质系统的宏观层次 • 物质系统的宇观层次
01
CATALOGUE
物质系统的基本概念
物质与物质系统
物质
物质是构成宇宙间一切物体的实体及场。
电子排布
02
03
元素周期表
电子按照能量高低分层排布在原 子核外的不同能级上，形成电子 壳层。
根据原子核外电子排布规律，可 将元素进行周期分类，形成元素 周期表。
分子结构
分子组成
分子由两个或多个原子通过化学键连接而成，形 成不同的分子结构。
提供理论基础。
05
CATALOGUE
物质系统的宇观层次
天体物理学简介
学科定义
天体物理学是一门研究宇宙中天体的物理性 质、结构、演化和终极命运的科学。
研究对象
包括恒星、行星、星系、星云、星际物质等 。
研究方法
观测和实验，以及理论模型和数值模拟。
宇宙中的物质系统
恒星
由气体和尘埃通过引力凝聚形成，通过核聚变产生光和热。
03
CATALOGUE
物质系统的介观层次
晶体结构与晶体缺陷
晶体结构
晶体由原子、分子或离子按照一定的规律在三维空间周期性重复排列形成，具 有长程有序的特点。常见的晶体结构有金刚石型、氯化钠型、闪锌矿型等。
晶体缺陷
晶体在形成或生长过程中，由于受到温度、压力、杂质等因素的影响，导致原 子或分子的排列出现局部不规则，这些不规则排列的区域称为晶体缺陷。常见 的晶体缺陷有位错、层错、晶界等。
物质系统的层级结 构
目 录
• 物质系统的基本概念 • 物质系统的微观层次 • 物质系统的介观层次 • 物质系统的宏观层次 • 物质系统的宇观层次
01
CATALOGUE
物质系统的基本概念
物质与物质系统
物质
物质是构成宇宙间一切物体的实体及场。
大学物理,物质世界的结构层次 2汇总共31页
大学物理,物质世界的结构层次 2汇总
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
▪
26、要使整个人生都过得舒适ห้องสมุดไป่ตู้愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
31
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
▪
26、要使整个人生都过得舒适ห้องสมุดไป่ตู้愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
31
物质的结构与层次
消化器官
消化腺
唾液腺，胃腺，肠腺，胰腺，肝脏等
消化管
口腔，咽，食道，胃，大肠，小肠，肛门
由以上器官组成人体的消化系统
系统： 不同的器官按照一定的顺序排列在一起， 能完成一项或多项生理活动。 人体的八大系统： 消化系统、循环系统、呼吸系统、泌尿系统、 生殖系统、神经系统、运动系统、内分泌系 统（如何科学的记忆？）
由许多形态相似结构和功能相同的细胞联合在一起形成的细胞群毛囊脂肪汗腺血管皮脂腺表皮真皮皮下组织反应冷感的冷敏小体反应热感的热敏小体反应疼痛的神经末梢感受触摸的触觉小体不同的组织按照一定的顺序联合起来形成具有一定功能的结构
生物体的结构层次
细胞是怎样构成生物体的？
由许多形态相似，结构和功能相同的 组 织： 细胞，联合在一起形成的细胞群 组织的形成：细胞分化的结果形成组织
动物或人体的组成
细胞
组织 器官 系统
动物体 或人体
动物体或人体体结构和功能的基本单位 许多形态相似，结构、 功能相同的 细胞联合在 一起形成的细胞群。 由不同的组织按照一定的次序联合 起来，形成具有一定功能的结构。 由能够共同完成一种或几种生理功 能的多个器官，按照一定的次序。
了解显微镜技术与科学的发展， 了解技术和工具创新对的科学 发展的意义。
神 经 组 织
器 官
由上皮组织、结 缔组织、肌肉组 织和神经组织按 照一定的次序构 成，并且以其中 一种组织为主， 能完成一定功能 的结构。
构成人体的器官有许多,你能 说出哪些?
系 统
由能够完成 一种或几种 生理功能的 多个器官， 按照一定的 次序构成。
讲 一 讲 消 化 系 有 那 些 器 官 ？
讨论：P74 讨论题
练习： 被子植物有哪两大器官：
大学物理物质世界的结构层次
4.6 109年 1017s
第4页 共35页
大气形成: 8 108年 1016s
外大气层
大学物理
生命的诞生：约40亿年 脊椎动物： 约6亿年
人类出现1014 s ~ 3106年
热电离层 平流层 臭氧层
中间层 对流层
第5页 共35页
大学物理
生 物 的 进 化
第6页 共35页
地球公转 3107 s
大学物理
1.规范粒子： 场粒子，传递相互作用的媒介,共13种。 光子（20世纪20年代） —— 传递电磁相互作用
中间玻色子(3种) （20世纪70~80年代） —— 传递弱作用
胶子 (8种) （已有实验基础） —— 传递强作用
引力子（尚未发现） —— 传递引力作用
第9页 共35页
规范粒子
大学物理
名称 符号 静质量 电荷 自旋
第12页 共35页
中微子之谜
大学物理
1930年泡利为解释 衰变中能量不守恒，提出假设：
n p e
1933年费米建立弱作用理论。
1942年王淦昌提出间接验证方案，由美国艾伦完成。诺 贝尔物理奖。
1999年日本科学家宣布测量到中微子质量不为零。
62
费米子
种
希格斯粒子（?）
第16页 共35页
物质存在的基本形式——实物和场 物质结构层次
实物
分子
原子
原子核
质子
中子
夸克
电子（轻子）
大学物理
场
规范粒子
第17页 共35页
大学物理 第18页 共35页
共同点：
“场”与实物的比较
大学物理
1) 都是客观存在的, 不以人的意志为转移; 是可知的， 能够为人们的意识所反映。
第4页 共35页
大气形成: 8 108年 1016s
外大气层
大学物理
生命的诞生：约40亿年 脊椎动物： 约6亿年
人类出现1014 s ~ 3106年
热电离层 平流层 臭氧层
中间层 对流层
第5页 共35页
大学物理
生 物 的 进 化
第6页 共35页
地球公转 3107 s
大学物理
1.规范粒子： 场粒子，传递相互作用的媒介,共13种。 光子（20世纪20年代） —— 传递电磁相互作用
中间玻色子(3种) （20世纪70~80年代） —— 传递弱作用
胶子 (8种) （已有实验基础） —— 传递强作用
引力子（尚未发现） —— 传递引力作用
第9页 共35页
规范粒子
大学物理
名称 符号 静质量 电荷 自旋
第12页 共35页
中微子之谜
大学物理
1930年泡利为解释 衰变中能量不守恒，提出假设：
n p e
1933年费米建立弱作用理论。
1942年王淦昌提出间接验证方案，由美国艾伦完成。诺 贝尔物理奖。
1999年日本科学家宣布测量到中微子质量不为零。
62
费米子
种
希格斯粒子（?）
第16页 共35页
物质存在的基本形式——实物和场 物质结构层次
实物
分子
原子
原子核
质子
中子
夸克
电子（轻子）
大学物理
场
规范粒子
第17页 共35页
大学物理 第18页 共35页
共同点：
“场”与实物的比较
大学物理
1) 都是客观存在的, 不以人的意志为转移; 是可知的， 能够为人们的意识所反映。
物质系统的层级结构
第三节 物质系统的层级结构
点击此处添加副标题
演讲人姓名
202X
理解复杂系统的基本方式
一个较为复杂的系统都是按层次结构组织起来的，即每个物质系统都是较高一级系统的一个要素，同时它作为较高一级系统的要素本身，通常又是较低一级的系统，这样便形成了自然界物质系统的层次性（如下图）。
2
总星系 星系团 星系 恒星 行星 地面上的宏观物体 分子 原子 原子核 （基本）粒子 夸克
02
扩展性解释
03
下向因果链与扩展性解释
感谢聆听
双向因果链： 低层对高层的基础性作用 递进性解释 高层对底层的支配调节作用 扩展性解释
宇观
微观
非生命世界物质系统的层次
宏观
1
2
3
4
5
01
生物圈 生态系统 生物群落 种群 生物个体 系统 器官 组织 细胞 生物大分子
02
生命世界的基本物质系统层次
层次结构指的是，若干要素经相互作用构成的系统，再通过新的相互作用而构成新系统的逐级构成的结构关系。
在这种关系中，参与构成的系统称为低层系统，构成后的新系统称为高层系统。
01
当外界信息通过感官进入记忆系统中的短时贮存系统时需要对信息进行有意识的处理。实验表明：短时记忆贮存系统一般接收7+2个单位的量。这个单位被称为“chunk”，即组块，它既可是单个字，也可以是词、词组，甚至是句子。
02
如何解释短时记忆容量有限
如何解释短时记忆容量有限
心理学家通过实验得出结论：改变组块的容量可以增加记忆容量。如果出示一级无关的汉字，学生大约能记住5、6个字，如果对汉字加以重组形成词，那么学生可以记住5、6个词，其中汉字的字数已超过5、6个了。因此要扩大短时记忆的容量，比如如果要增加阅读速度，就应该以词组或短语、句子为单位阅读。
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演讲人姓名
202X
理解复杂系统的基本方式
一个较为复杂的系统都是按层次结构组织起来的，即每个物质系统都是较高一级系统的一个要素，同时它作为较高一级系统的要素本身，通常又是较低一级的系统，这样便形成了自然界物质系统的层次性（如下图）。
2
总星系 星系团 星系 恒星 行星 地面上的宏观物体 分子 原子 原子核 （基本）粒子 夸克
02
扩展性解释
03
下向因果链与扩展性解释
感谢聆听
双向因果链： 低层对高层的基础性作用 递进性解释 高层对底层的支配调节作用 扩展性解释
宇观
微观
非生命世界物质系统的层次
宏观
1
2
3
4
5
01
生物圈 生态系统 生物群落 种群 生物个体 系统 器官 组织 细胞 生物大分子
02
生命世界的基本物质系统层次
层次结构指的是，若干要素经相互作用构成的系统，再通过新的相互作用而构成新系统的逐级构成的结构关系。
在这种关系中，参与构成的系统称为低层系统，构成后的新系统称为高层系统。
01
当外界信息通过感官进入记忆系统中的短时贮存系统时需要对信息进行有意识的处理。实验表明：短时记忆贮存系统一般接收7+2个单位的量。这个单位被称为“chunk”，即组块，它既可是单个字，也可以是词、词组，甚至是句子。
02
如何解释短时记忆容量有限
如何解释短时记忆容量有限
心理学家通过实验得出结论：改变组块的容量可以增加记忆容量。如果出示一级无关的汉字，学生大约能记住5、6个字，如果对汉字加以重组形成词，那么学生可以记住5、6个词，其中汉字的字数已超过5、6个了。因此要扩大短时记忆的容量，比如如果要增加阅读速度，就应该以词组或短语、句子为单位阅读。
大学物理-复习
mivi F外Fi外
Fi ma
4.质心运动定理
dp Fdt Mac
三、基本计算类型
1.利用牛顿定律和转动定律讨论既有平动又有转动的力学问 题：已知运动求力，或反之。
2.主要计算①利用动量守恒定律和机械能守恒定律；
②利用角动量守恒定律和机械能守恒定律
3.力学综合题：涉及到所有可能的运动形式和力学规律。
2.基本要求：
理解角位移、角速度、角加速度等概念，掌握角量和 线量的关系； 理解转动惯量的概念，能计算规则刚体的转 动惯量，并掌握转动定理及其应用； 理解转动动能、角动 量的概念，掌握角动量守恒定律。
一、刚体绕定轴转动的角量与线量
角坐标：
角速度：
(t)
d dt
角加速度：
d
动量
pmv
动量矩定理 tt12M 外 dtJ2J1 动量定理
tt12F 外 dtmv2mv1
动量矩守恒定律
J ii
常矢量
i
动量守恒定律
mivi
常矢量
i
（守恒条件）
M外 0
（守恒条件）
F外 0
i
i
第四部分 机械振动和机械波
1.主要内容： 谐振动及其合成、阻尼振动与受迫振动、机械波、机械
法向加速度：
v2 an n
合加速度：
d2s v2
a dt2 τ n
3、角量与线量
ω d dt
d
dt
d2
dt2
vrω
a r
0
t
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平均密度 5.515 /(g/cm3) 中心温度/K 104 pc为秒差距
1
107
10-23
102
10-21
10-23 10-30
1pc = 3.261633光年=3.0856781016 m
第5页 共29页
(1) 太阳系 —— 以太阳为中心，以及由它的引力支 大学物理 配而绕它运动的天体所构成的系统。
观测宇宙——人们用肉眼或仪器观测到的整个宇宙空间 及其各类天体的总称。（哈勃半径：150亿光年）
第2页 共29页
宇宙 —— 哲学意义上的概念 观测宇宙 —— 天文学研究的对象 2.天体——宇宙间一切物质集团的总称 天空中的浮云、大气，山川、河流——气象现象 人造卫星，宇宙火箭等——人造天体 3.光年——光传播一年所经过的距离 1光年=1013km（3108 365 24 3600） 光1秒钟可以绕地球运行7圈，光从太阳传到地球只需 要约8min。 意义： 表征天体间的空间距离 表征携带信息的时间历史
第7页 共29页
地球: 一颗大行星, 年龄约40 ~ 50 亿年
大学物理
人类起源： ~100万年 中华文明史： 5000年以上
地球的内部结构 半径：平均6370km 外衣：地壳（平均厚度33km） 中间层：地幔(平均厚度2800多km) 核心：地核（内核、外核）
第8页 共29卫星
大学物理
哈勃半径150亿光年——从空间上得到了150 亿光年尺 度的横断面，时间上追溯到了150亿年前宇宙的历史。
第3页 共29页
二、宇宙的一般图景 1. 天体的层次 人类对宇宙的认识由近到远，由现在到过去逐渐展开 星球 太阳系 恒星系 (银河系)
大学物理
“富”星系团 河外星系 星球：有自身内部结构和特性，包括恒星、行星、卫 星、彗星、流星等。 行星：绕恒星运动的近似球形天体，本身不发光。 地球：本星系群 —— 银河系 —— 太阳系—— 一颗行星
1 M月 M 地 81 R月 0.27 R地
第9页 共29页
彗星: 围绕太阳运行或行经太阳附近的云雾状 天体，由慧核、慧发、慧尾组成。
大学物理
第10页 共29页
大学物理
陨石: 流星体进入地球的大气 层中一般都能完全燃烧 气化，只有较大的流星 体燃烧不完，可以陨落 到地面上而被称为陨星。 90%为硅酸盐矿物的石 陨星称为陨石。
第15页 共29页
大学物理
各恒星的区别：原始质量不同，“年龄”不同。
第16页 共29页
大学物理
星际星云原始恒星主序星红巨星超新星 爆发（或白矮星）黑洞（或中子星、星际物质）
第17页 共29页
大学物理
(3) 星系层次 ——连结哈勃定律的飞跃（20世纪）
1929年，发现所有 星系的光谱均有红移 现象，红移量与距离 r 成正比。
第20页 共29页
大学物理
支持大爆炸宇宙学说的主要实验事实：
(1) 微波背景辐射
1965年，彭齐阿斯和威尔逊发现了消除不掉 的各向同性的微波段的噪声辐射。 1989年，宇宙背景探测卫星(COBE)对微波 背景辐射测量的结果，非常精确地符合温度为 2.2710.010K的黑体辐射谱。
大学物理
宇宙学原理：宇宙在整体上（能代表宇宙特 征的大尺度上）是均匀的，各向同性的。任何 一个典型星系上的观察者“看到”的物理规律 相同。
第13页 共29页
大学物理
三、大爆炸宇宙模型 1. 天文学历史上的三次飞跃
(1) 行星层次 ——连结开普勒定律的飞跃(17世纪)
弟谷: 积累大量资料, 达到前所未有的观测精度。 开普勒:发现开普勒行星运动三定律，适用于所有 行星的运动，给出行星理论的约束条件。 牛顿：将地面物体力学规律应用于天体运动，实 现物理学的第一次大综合。
同学们好！
大学物理
第三节
宇宙
目标：了解宇观层次的物质结构 了解宇宙的起源
一、几个概念 1.宇宙——时间和空间联合 构成的统一整体
近代物理观点：物质和它的运动 是统一的客观实在（空间广延、时间广延）
既不可能有脱离物质的运动，也不可能有脱离运动的物质。 而时间和空间也只能凭借物质及其运动的存在才能体现。
将红移量折合成星 系的运动速度，即
v H 0r
哈勃常数：H 0 2.1 10 m s / 光年
4
第18页 共29页
1
大学物理
2.大爆炸宇宙理论 现代理论认为，宇宙起源于一次大爆炸，
大爆炸前全部粒子处于高温高密度状态。
第19页 共29页
大学物理
“大爆炸”启动了宇宙膨胀，后因膨胀、降温演 化成了现在的宇宙。
第14页 共29页
大学物理
(2) 恒星层次——连结赫 -- 罗图的飞跃 1905 赫茨普龙 1913 罗素
发现恒星表面温度 与恒星光度之间的关 系，将纷杂现象纳入 统一模型，给出恒星 理论的约束条件： 第一，所有恒星最初均由氢、氦为主的原始气体凝聚 而成。 第二，发生在恒星核心的核聚变制约恒星演化过程。
吉林1号陨石是目前世界 上最大的陨石，重1770kg。 于1976年3月8日陨落在吉 林省内。
第11页 共29页
大学物理
(2) 银河系
扁平铁饼状结构，直径达10万光年 3000亿个恒星 + 星团 + 星云 太阳距银河系中心约3.3万光年
第12页 共29页
2. 宇宙学原理 几条先验原则 —— 对称性思想的体现 1) 宇宙间物质（及其发展规律）的统一性。 2) 人类在宇宙中不具有特殊的地位。 3) 宇宙间物质的无限性。
含有九大行星， 3000多个小行星， 66 个天然卫星， 为数众多的彗星、 流星、星际物质、 人造天体。
九星连珠：由于各行星绕太 阳运动的轨道大小、速度各 不相同，它们很难聚集在以 太阳为中心的扇形区域内。 这是1982年出现的九星连珠 现象
第6页 共29页
大学物理
太阳: 银河系中一颗普通恒星 直径约1.510-7光年，表面温度6000K,中心温 度1.5107K, 质量相当于33.3万个地球。
第4页 共29页
大学物理
各种天体的层次
天体层次 半径/pc 行星 恒星 星际云 星团 星系 (地球) (太阳) (平均) (球状) 10-10 10-8 1 1 10 10 103 10 103 106 104 106 1011 宇宙 1010
平均距离/pc 10-5 质量/M日 10-6
1021